3 Concepção do conector e programa experimental dos ensaios tipo Push-out

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ensaios tipo Push-out

3.1. Concepção do conector

Os conectores considerados neste trabalho são os Perfobond e uma nova configuração proposta: o T-Perfobond, formado por uma seção do perfil I. A diferença entre os dois tipos analisados é a presença da mesa, que confere uma ancoragem adicional ao sistema. O motivo de se avaliar os conectores tipo Perfobond, já estudados anteriormente, é dispor de parâmetros para comparação com o novo tipo o T-Perfobond, e com isto poder avaliar a contribuição efetiva da nova geometria proposta. Antes de se apresentar a descrição dos ensaios experimentais, é importante porém descrever a concepção e o desenvolvimento do conector T-Perfobond, bem como os conectores Perfobond já estudados por outros autores.

O T-Perfobond rib, alvo deste trabalho, foi inicialmente projetado por Ferreira (2000) para ligações de extremidade viga-coluna, Figura 3.1. Sua principal função foi transmitir a resultante das barras de armadura de flexão nas regiões de momento negativo para o banzo das colunas de extremidade.

Figura 3.1 – Conector T-Perfobond rib proposto por Ferreira (2000)

Neste trabalho são apresentadas novas geometrias do conector T-Perfobond para utilização em vigas mistas sob momentos positivos. O conector T-Perfobond foi projetado com o objetivo de melhorar algumas características da conexão mista, como aumentar a capacidade de carga e de deslizamento do

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conector. O T-Perfobond é a combinação do conector Perfobond com o conector T-connector do EUROCODE 4 (2001), Figura 3.2.

Figura 3.2 – Concepção do conector T-Perfobobond

3.2. Programa experimental dos ensaios tipo Push-out

Os ensaios experimentais do tipo push-out realizados neste trabalho foram divididos em duas etapas. A primeira etapa foi realizada em Portugal e a segunda no Brasil.

Durante a fase de planejamento da primeira etapa do programa experimental, houve um intercâmbio de informações com pesquisadores da Universidade de Coimbra, em Portugal, com a qual a PUC-Rio e a UERJ mantêm um convénio para cooperação interinstitucional, CAPES-GRICES. Um grupo de pesquisa, liderado pelo Prof. Luís Filipe da Costa Neves, tem estudado estruturas mistas. Numa visita do próprio Prof. Neves à PUC-Rio, no âmbito do protocolo de cooperação bilateral CAPES-GRICES, houve então um convite, para que esta autora participasse de um programa de intercâmbio, sandwich, para que pudesse realizar a parte experimental da tese em Portugal. Esse intercâmbio ocorreu no período de Novembro de 2006 à Outubro de 2007, concluindo então a primeira etapa de ensaios.

A participação no programa sandwich em Portugal foi de extrema importância, permitindo realizar uma considerável série de 46 ensaios de push-out, pois os equipamentos existentes no laboratório do DEC bem como suas instalações facilitaram a execução dos mesmos.

Os ensaios do tipo push-out foram divididos em quatro séries na primeira etapa. Os ensaios foram realizados no Laboratório de Mecânica Estrutural do Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Coimbra (DEC), em Portugal.

Em virtude dos resultados obtidos na primeira etapa, optou-se em realizar uma segunda etapa, em duas séries de ensaios, que foram realizadas no

+

=

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Laboratório de Estruturas e Materiais da PUC-Rio (LEM), Brasil. O Quadro 3.1 apresenta resumidamente os conectores estudados neste trabalho.

Quadro 3.1 – Conectores Perfobond e T-Perfobond por etapas

PRIMEIRA ETAPA – PORTUGAL

Primeira Série – Conectores Perfobond e T-Perfobond

Segunda Série - Conectores Perfobond

Terceira Série - Conectores T-Perfobond

Quarta Série - Conectores T-Perfobond

SEGUNDA ETAPA – BRASIL

Quinta e Sexta Série - Conectores T-Perfobond

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3.3. Primeira etapa

3.3.1. Conectores de cisalhamento

A geometria dos conectores Perfobond aqui estudados, foi baseada no estudo realizado por Leite (2006), no qual comparou os custos e a resistência entre os conectores tipo Pino e Perfobond visando avaliar sua viabilidade econômica. No seu estudo, uma série de variações da geometria do conector foram propostas, Figura 3.3. e um estudo detalhado de sua instalação numa viga mista foi desenvolvido.

Baseando-se nos custos para cada tipo de conector em função dos vãos estudados, os conectores mais viáveis foram os Tipo 6 e Tipo 8, Figura 3.3. O perfobond tipo 6 apresentou melhor viabilidade econômica quando utilizado com armaduras nos furos. O tipo 6 é um conector com altura de 90 mm, dois furos com diâmetro de 35 mm e um comprimento total de 180 mm. Segundo Leite (2006), os fatores que contribuíram para o menor custo final foi o custo da chapa de aço, apesar de ter sido uma das opções que necessitava do maior número de conectores e mais solda; a quantidade de aço utilizada por conector foi inferior que a maioria dos outros tipos, acarretando uma economia no custo final. Percebeu-se também que um diâmetro menor e um número menor de furos no conector contribuiu para a economia de chapa, já que permitiam um comprimento total menor, mesmo que reduzindo a resistência individual do conector e gerando a necessidade de um maior número destes para resistir à força longitudinal.

Figura 3.3– Geometria dos conectores, Leite (2006)

Em função desse estudo, optou-se em avaliar neste trabalho um conector de geometria semelhante ao Tipo 8, apresentado por Leite (2006), e um outro com uma altura maior para lajes mais espessas.

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As dimensões dos conectores tipo Perfobond foram estabelecidas em função da espessura da laje pretendida e do espaçamento entre os furos, obedecendo ao mínimo recomendado de 2,25d segundo Oguejiofor & Hosain (1994). Os conectores com altura de 76,2mm foram utilizados para as lajes de 120mm, enquanto que os de 150mm para as lajes de 200mm, e foram fabricados com 12,5mm de espessura com chapas de aço S355 (tensão nominal de escoamento de 355MPa, de acordo com a EN 10025). Resultando desta geometria, o perfil laminado de seção I adotado para fabricar o T-Perfobond foi o IPN 340, cortado no meio da alma, resultando em dois conectores. Essas seções foram compostas pelo aço S275.

Os conectores Perfobond e T-Perfobond foram fabricados com dois ou quatro furos, respectivamente em uma ou duas linhas na direção da transferência de carga, (Figura 3.4 e Figura 3.5), para lajes de 120mm e 200mm de espessura. A escolha desses valores pode ser justificada pelo critério de projeto habitual: 120mm é um valor de espessura usual para lajes maciças para vãos equivalentes de até 4m, enquanto que 200mm é um valor usual para vãos de até 7m. Estes valores foram encontrados considerando que os vãos dessas lajes são em uma só direção, nenhuma protensão é aplicada, e levando em consideração os estados limites de serviço em relação à flecha máxima à longo prazo. Claro que na prática outros fatores com implicações sobre a espessura da laje devem ser considerados no projeto, tal como isolamento acústico, resistência ao fogo, a magnitude das cargas impostas, controle de vibração, etc. Os valores referidos acima são representativos num projeto prático para lajes maciças em estruturas de edifício residenciais e comerciais, Vianna et al. (2008b). Por outro lado, lajes mais espessas são tipicamente necessárias para atender vãos maiores ou em estruturas de ponte.

Figura 3.4 – Configurações dos conectores Perfobond, Vianna et al. (2008d)

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Figura 3.5 - Configurações dos conectores T-Perfobond, Vianna et al. (2008d)

Nesta etapa foi realizado um total de 46 ensaios do tipo push-out divididos em quatro séries, para que fosse possível avaliar separadamente o comportamento de cada série de conectores e variar as resistências à compressão do concreto.

A Tabela 3.1 apresenta um resumo destes ensaios.

As nomenclaturas adotadas seguiram as características do protótipo, no qual cada termo tem o seguinte significado: P – Perfobond, TP – T-Perfobond, T – conector T; SF – sem furos, 2F ou 4F - número de furos no conector; AR – quando há presença de armaduras passantes nos furos; 120 ou 200 – espessura da laje em mm; IN – posição do conector invertida; A / B é a identificação do

modelo. A coluna fc representa a resistência à compressão do concreto. Na

coluna armaduras, é descrita se há ou não a presença de armaduras nos furos, e o seu respectivo diâmetro (φ). A última coluna, apresenta o total de ensaios em cada fase.

Em todas as séries, exceto na quarta, foram ensaiados pares de modelos idênticos, sendo diferenciados pela série A e B.

Os protótipos com laje de 120mm pesaram em torno de 3000N (300kgf), enquanto que os com laje de 200mm pesaram em torno de 4550N (455kgf).

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Tabela 3.1 – Ensaios Push-out, primeira etapa

Armadura nos furos

Série Tipo Nomenclatura fc (MPa) presença φ (mm) Total

P-2F-120-A / B não _ P-2F-200-A / B não _ Perfobond P-4F-200-A / B 28,3 não _ TP-2F-120-A / B não _ TP-2F-200-A / B não _ 1 T-Perfobond TP-4F-200-A / B 28,3 não _ 12 P-SF-120-A / B não _ P-2F-120-A / B não _ P-2F-AR-120-A / B sim 10 P-SF-200-A / B não _ P-2F-200-A / B não _ P-2F-AR-200-A / B sim 10 P-4F-200-A / B não _ 2 Perfobond P-4F-AR-200-A / B 51,9 sim 10 16 TP-SF-120-A / B não _ TP-2F-120-A / B não _ TP-2F-AR-120-A / B sim 10 TP-2F-120-IN -A / B não _ TP-2F-200-A / B não _ TP-4F-200-A / B não _ 3 T-Perfobond T-2F-120-A / B 43,9 não _ 14 TP-2F-AR-120-A-IN-10 sim 10 TP-2F-AR-120-B-IN-12 sim 12 T-2F-AR-120-A-10 sim 10 T-2F-AR-120-B-12 sim 12 4 T-Perfobond 33 4 TOTAL 46

3.3.1.1. Primeira série

Na primeira série foram realizados doze ensaios com concreto de 25MPa. Analisou-se seis tipos de conectores, com pares idênticos, sendo três tipos Perfobond e três tipos T-Perfobond, Figura 3.6. Nestes ensaios não foram utilizadas armaduras nos furos.

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P-2F-120 P-2F-200 P-4F-200

TP-2F-120 TP-2F-200 TP-4F-200 Figura 3.6 – Conectores Perfobond e T-Perfobond primeira série

Figura 3.7 – Protótipos dos conectores Perfobond e T-Perfobond da primeira série

3.3.1.2. Segunda série

A segunda série de ensaios foi composta por um total de dezesseis ensaios de conectores tipo Perfobond com concreto classe C50/60. Nesta série, variou-se a presença dos furos e das armaduras passantes. Foram analisados oito tipos de configurações, com pares idênticos, Figura 3.8.

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P-SF-120 P-2F-120 P-2F-AR-120

P-SF-200 P-2F-200 P-2F-AR-200

P-4F-200 P-4F-AR-200 Figura 3.8 – Conectores Perfobond da segunda série

Figura 3.9 – Protótipos dos conectores Perfobond da segunda série

3.3.1.3. Terceira série

Paralelamente à realização da segunda série de ensaios, foram fabricados os quatorze ensaios que compuseram a terceira série: conectores tipo

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perfobond com concreto classe C40/50. Nestes ensaios variou-se também a existência dos furos, as armaduras passantes e a posição do conector em relação à mesa.

TP-SF-120 TP-2F-120 TP-2F-AR-120 TP-2F-120-IN

TP-2F-200 TP-4F-200 T-2F-200 Figura 3.10 – Conectores T-Perfobond da terceira série

Figura 3.11 – Protótipos com conectores T-Perfobond da terceira série

3.3.1.4. Quarta série

A quarta série foi composta por mais quatro ensaios com conectores tipo T-perfobond e conector T com concreto classe C30/37 a fim de se avaliar a presença de armaduras e a variação do seu diâmetro.

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TP-2F-AR-120-IN T-2F-AR-120 Figura 3.12 – Conectores T-Perfobond da quarta série

Figura 3.13 – Protótipos com conectores T-Perfobond da quarta série

3.3.2. Preparação do Ensaio tipo Push-out

Enquanto que todos os trabalhos envolvendo a estrutura metálica foram realizados em metalomecânica, e as armaduras foram fabricadas em um estaleiro de obra, todas as outras atividades foram executadas no laboratório do DEC: medição dos perfis; colagem dos extensômetros; ajuste das armaduras das lajes; montagem das formas e concretagem.

Os protótipos para os ensaios de push-out foram construídos segundo a especificação do EUROCODE 4 (2005), porém o perfil “I” vertical foi adaptado como descrito a seguir.

Foram utilizados perfis HEA 200 para os ensaios com conectores Perfobond e HEB 200 para os ensaios com conectores T-Perfobond material S275 para compor perfil “I” do ensaio push-out. Para confecção dos conectores

T-Perfobond foram utilizados perfis IPN 340 material S275 (fy=275MPa;

fu=430MPa). Os conectores tipo Perfobond são chapas de 13mm de espessura

com material S355 (fy=355MPa; fu=510MPa). A solda especificada foi solda de

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filete de 11mm. Os protótipos, composto pelo perfil I e os conectores, foram confeccionados pela Rascão Ltda em Coimbra. As armaduras utilizadas em

todos os ensaios foram vergalhões nervurados S500 (fy=500MPa) com diâmetro

de 10mm.

A Figura 3.14 apresenta o modelo do perfil com o conector T-Perfobond soldado na posição aqui denominada como invertida. Esta posição está relacionada com a primeira parte do conector a receber a carga, que neste caso é parte da alma, ou seja, composta da parte do Perfobond.

Figura 3.14 – Configuração do perfil com conector T-Perfobond – Portugal

Figura 3.15 – Configuração detalhada do protótipo TP-2F-120.

A Figura 3.15 apresenta a configuração típica dos modelos testados. Todos os ensaios adotaram a mesma configuração das dimensões, alterando apenas o tipo de conector e o diâmetro da armadura.

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3.3.2.1. Forma e Armadura

Com os protótipos metálicos já preparados, foi possível montar as formas e inserir as armaduras no protótipo de forma alternada.

A sequência das atividades ocorreu da seguinte maneira: - corte da chapa de MDF para forma e encaixe do perfil; - posicionamento e fechamento em parte das formas; - posicionamento das armaduras; e finalmente o fechamento frontal da forma, Figura 3.16.

Figura 3.16 – Montagem das armaduras e formas no DEC, Coimbra.

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As formas foram construídas com chapas de MDF hidrófugo de 19mm de espessura. Estas foram montadas de forma individual para que fossem desmontáveis e reaproveitáveis nas outras séries.

A armadura foi fornecida já cortada e dobrada pela Pascoal & Pascoal Ltda. A amarração da gaiola foi realizada com arame recozido. Nesta série,

utilizou-se armadura em aço S500 (fy=500MPa).

Em todos os modelos, as lajes possuíam armaduras verticais e transversais de mesmo diâmetro obedecendo o espaçamento da Figura 3.15. Em alguns protótipos foram inseridas armaduras nos furos, chamada de armadura passante.

Para que os resultados não fossem afectados pela aderência química entre o perfil de aço e o concreto, toda a superfície de aço, exceto nos conectores, foi previamente tratada com óleo desmoldante, antes do posicionamento das armaduras.

3.3.2.2. Concreto

Em virtude da dificuldade de produzir no laboratório do DEC o volume de concreto necessário para os protótipos de uma só vez, em apenas uma betonagem, optou-se em comprar o concreto de uma central para todas as séries.

Na primeira série foi utilizado um concreto da classe C25/30. Esta é a

especificação do EUROCODE 2 (2005), no qual o primeiro número é o fc previsto

para o corpo de prova cilíndrico de 15x30cm, e o segundo é o previsto para o corpo de prova cúbico 15x15x15cm.

Para as séries seguintes, optou-se em utilizar o concreto com maior capacidade de resistência à compressão a fim de se avaliar a variação deste parâmetro.

A concretagem no DEC, em Portugal, em todas as séries ocorreram de maneira rápida e eficaz. O caminhão-betoneira estacionava dentro do laboratório. Lançava-se o concreto para uma betoneira, e esta era transportada até os protótipos a serem concretados, com auxílio de uma ponte rolante. A Figura 3.17 ilustra a sequência de atividades durante a concretagem dos protótipos.

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Figura 3.17 – Concretagem dos protótipos no DEC, UC – Portugal

3.3.2.3. Montagem do Ensaio

Os protótipos tiveram suas fôrmas retiradas e foram mantidos no próprio laboratório, para a cura dos mesmos, até que atingissem as idades onde previsivelmente a sua resistência estava estabilizada, a fim de eliminar a resistência do concreto como variável do problema.

Nesta etapa os ensaios foram realizados numa prensa hidráulica com capacidade de carga de 5000kN no Laboratório de Mecânica Estrutural do DEC, Figura 3.18. O circuito hidráulico foi controlado por um software e um sistema eletrônico integrados. O atuador possuía duas células de pressão internas e dois transdutores de deslocamento externos, possibilitando ensaios com controle de força ou de deslocamento.

Para reduzir o efeito de imperfeições nas bases das lajes de concreto, os protótipos foram apoiados sobre lâminas de neoprene com 5,0mm de espessura, Iwasaki et al. (2005).

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Figura 3.18- – Estrutura de reação e instrumentação para o ensaio tipo push-out, DEC.

3.3.2.4. Instrumentação e aplicação do carregamento

Os deslocamentos relativos verticais entre o perfil metálico e as lajes, e a separação horizontal entre os mesmos (uplift), foram medidos por meio de transdutores de deslocamento fixados na região próxima aos conectores.

Nesta etapa, foram utilizados cinco LVDT´s (linear variable differential transformer), dois verticais, dois horizontais, e um externo na posição vertical para controle do deslocamento da prensa, conforme apresentado na Figura 3.18.

A Figura 3.19 apresenta em detalhes as posições dos LVDT´s instalados nos protótipos em todos os ensaios dessa etapa.

Para medir as tensões e deformações dos conectores e do perfil metálico, foram instalados extensômetros elétricos em alguns protótipos.

Na primeira série, foram instalados extensômetros em apenas dois protótipos. No protótipo P-4F-200-A foram instaladas rosetas de extensômetros nos conectores e numa das mesas, Figura 3.20. Ressalta-se que os extensômetros instalados nos conectores deixaram de funcionar na fase cíclica do ensaio.

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Figura 3.19 – Instrumentação dos protótipos, DEC – Coimbra.

Figura 3.20 – Instrumentação dos extensômetros dos protótipos da primeira série.

Na segunda série, foram instalados extensômetros em três protótipos. Nos protótipos P-2F-120-A e P-2F-200-A foram instalados quatro extensômetros, três no conector, sendo uma roseta, e um na armadura passante, Figura 3.21 e Figura 3.22.

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Figura 3.21 – Instrumentação dos extensômetros do protótipo P-2F-AR-120-A, da segunda série.

No protótipo P-4F-AR-200-A, foi instalado um total de sete extensômetros. No conector, foram instalados cinco, sendo um roseta, e dois em cada uma das armaduras passantes nos furos inferiores, Figura 3.23.

Na terceira série, foi instalado uma roseta no protótipo TP-2F-AR-120-A, e um extensômetro unidirecional na armadura passante no furo inferior.

Na quarta série não foram instalados extensômetros em nenhum dos protótipos.

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Figura 3.24 – Instrumentação dos extensômetros do protótipo TP-2F-AR-120-A, da terceira série.

Os protótipos foram ensaiados em posição normalizada e dentro das recomendações prescritas pelo EUROCODE 4 (2005). O carregamento foi aplicado por uma prensa hidráulica, marca AMSLER, mediante dois procedimentos. No primeiro procedimento, composto pela fase cíclica, a aplicação de carga foi controlada pela força. Foram aplicados 15 ciclos de carga/descarga entre as cargas correspondentes a 5% e 40% da carga prevista de ruptura. No segundo procedimento, controlado pelo deslizamento relativo, a carga foi aplicada monotonicamente até o colapso. Estes dois procedimentos são apresentados detalhadamente na Figura 3.25.

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Figura 3.25 – Esquema de carregamento para o controle do ensaio de push-out

3.3.3. Resultados

3.3.3.1.Primeira série

3.3.3.1.1. Concreto

Para determinação das propriedades mêcanicas do concreto, foram moldados corpos-de-prova cúbicos de dimensões 15x15x15cm, referentes a cada série, para ensaio de resistência à compressão.

Na primeira série foi utilizado um concreto da classe C25/30. Foram moldados vinte e três corpos de prova cúbicos. A Tabela 3.2 apresenta as resistências obtidas para cada protótipo no dia do ensaio dos mesmos. Nesta tabela é detalhado o número de corpos de prova referente a um determinado ensaio, a data do ensaio, a idade em dias, a resistência de cada corpo de prova, a resistência média e o desvio padrão. Vale ressaltar que os corpos de prova foram sempre ensaiados no mesmo dia que foram realizados os ensaios de push-out.

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Tabela 3.2 – Resistência à compressão média do concreto da primeira série.

Idade fcmcubos Média Desvio

Protótipo Data dias MPa

1 34,28 P-2F-120-A 2 34,35 3 13-04-2007 38 33,38 34,00 0,54 P-2F-120-B 4 36,2 P-2F-200-A 5 32,27 6 17-04-2007 42 33,8 34,09 1,98 P-2F-200-B 7 35,2 P-4F-200-B 8 35,79 TP-2F-120-A 9 27-04-2007 52 34,92 35,30 0,44 P-4F-200-A 10 35,54 TP-2F-120-B 11 33,67 12 02-05-2007 57 33,98 34,40 1,00 TP-2F-200-A 13 34,11 TP-2F-200-B 14 34,3 15 04-05-2007 59 34,1 34,17 0,11 16 34,64 TP-4F-200-B 17 35,74 18 07-05-2007 62 35,38 35,25 0,56 19 34,66 20 35,8 TP-4F-200-A 21 34,69 22 34,99 23 09-05-2007 64 34,7 34,97 0,48 Média 34,60

O valor da resistência média de 34,6MPa corresponde à média da resistência dos corpos de prova cúbicos. Nos corpos de prova cilíndricos, o valor correspondente foi de 28,3MPa, EUROCODE 2 (2005).

3.3.3.1.2. Ensaios Push-out

A primeira série de ensaios, foi realizada para avaliar a resistência e comportamento dos conectores com concreto na classe C25/30, bem como comparar os conectores Perfobond e T-Perfobond. Como descrito anteriormente, nesta série não foram utilizadas armaduras passantes nos furos.

Os extensômetros instalados nos conectores nos protótipos P-4F-200-A e TP-4F-200 deixaram de funcionar na fase cíclica do ensaio.

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A Figura 3.26 apresenta as curvas força versus deslizamento resultantes dos pares de ensaios com os conectores Perfobond com dois furos para lajes de 120mm e 200mm. As curvas para os ensaios com Perfobond com quatro furos para lajes de 200mm estão apresentadas na Figura 3.27a. Nestas figuras são

apresentadas também os valores para as cargas últimas características, Prk,

definidas pelo EUROCODE 4 (2005).

0 50 100 150 200 250 300 350 0 3 6 9 12 15 18 Deslizamento (mm) Fo rç a por c o n e c tor ( k N ) P-2F-120-A P-2F-120-B Prk_P-2F-120-A Prk_P-2F-120-B 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0 3 6 9 12 15 18 21 Deslizamento (mm) Fo rç a po r c o n e c tor ( k N ) P-2F-200-A P-2F-200-B Prk_P-2F-200-A Prk_P-2F-200-B

Figura 3.26 – Conectores Perfobond com dois furos com 120 e 200mm de espessura de laje. 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0 3 6 9 12 15 18 21 24 Deslizamento (mm) Fo rç a po r c o ne c to r ( k N ) P-4F-200-A P-4F-200-B Prk_P-4F-200-A Prk_P-4F-200-B 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Deslizamento (mm) Fo rç a po r c o ne c to r ( k N ) P-2F-120-B P-2F-200-B P-4F-200-A

(a) Conectores Perfobond com quatro furos (b) Comparação dos conectores Perfobond Figura 3.27 – Conectores Perfobond, primeira série

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A Figura 3.27b apresentou a curva força versus deslizamento dos ensaios com dois e quatro furos nos conectores Perfobond para lajes de 120 e 200mm de espessura.

Uma análise destas curvas indica que, o aumento de espessura da laje contribui para um acréscimo em torno de 37% na resistência característica, bem como um aumento na capacidade de deslizamento, que está relacionado com a ductilidade da ligação.

O efeito do acréscimo do número de furos não foi tão significativo, devido ao facto da interferência das áreas de tensão que cada tarugo de concreto gera, criando regiões de alta tensão e assim não aumentando a resistência de forma tão significativa. A distância mínima entre furos de 2,25D proposta por Oguejiofor & Hosain (1994) foi respeitada na direção horizontal. Alternativamente, a distância vertical entre as duas filas de furos foi inferior a este valor, pois estava limitada pela altura máxima do conector como função da espessura da laje e do cobrimento mínimo de concreto.

Observa-se o comportamento dúctil dos três tipos de ligação, pois a capacidade de deslize é maior do que a mínima exigida pelo EUROCODE 4 (2005), para comprovar a ductilidade (6mm). Os extensômetros localizados na mesa do perfil (Figura 3.28b) mostraram que estes elementos se mantiveram no regime elástico, Figura 3.28a.

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0 100 200 300 400 500

von Mises (MPa)

C a rg a po r c o ne c to r ( k N ) Tensão na mesa

(a) Curva força versus tensão von Mises (b) Localização do extensômetro Figura 3.28 – Histórico da tensão no conector Perfobond, Vianna et al. (2008b).

Os resultados obtidos para os conectores T-Perfobond estão apresentados nas figuras a seguir. A Figura 3.29 apresenta as curvas força versus

(24)

deslizamento resultantes dos pares de ensaios com os conectores T-Perfobond com dois furos para lajes de 120mm e 200mm. As curvas para os ensaios com T-Perfobond com quatro furos para lajes de 200mm estão apresentadas na Figura 3.30a. O resumo de todas as curvas para cada tipo de conector T-Perfobond investigado está presente na Figura 3.30b.

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 0 3 6 9 12 Deslizamento (mm) Fo rç a po r c o ne c to r ( k N ) TP-2F-120-A TP-2F-120-B Prk_TP-2F-120-A Prk_TP-2F-120-B

Figura 3.29 – Conectores T-Perfobond com dois furos com 120 e 200mm de espessura de laje. 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 0 3 6 9 12 Deslizamento (mm) Fo rç a po r c o ne c to r ( k N ) TP-4F-200-A TP-4F-200-B Prk_TP-4F-200-A Prk_TP-4F-200-B 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 0 2 4 6 8 10 12 Deslizamento (mm) Fo rç a por c o n e c tor ( k N ) TP-2F-120-B TP-2F-200-B TP-4F-200-B

(a) Conectores T-Perfobond com quatro furos (b) Comparação dos conectores T-Perfobond Figura 3.30 – Conectores T-Perfobond, primeira série

Este tipo de conector apresentou resultados bastante satisfatórios em termos da capacidade última ao cisalhamento. Porém, ele não satisfaz os

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 0 3 6 9 12 Deslizamento (mm) Fo rç a po r c o n e c tor ( k N ) TP-2F-200-A TP-2F-200-B Prk_TP-2F-200-A Prk_TP-2F-200-B

(25)

critérios de ductilidade impostos pelo EUROCODE 4 (2005) para permitir uma distribuição plástica da força de cisalhamento entre diferentes conectores ao longo do comprimento da viga. Na realidade, a resistência do conector cai abaixo de 90% da carga máxima para um deslizamento menor que 6mm (entre 3 e 4mm). Esta queda da resistência foi mais intensa e súbita para conectores com 2 furos (TP-2F) do que para os conectores com 4 furos (TP-4F).

O aumento das espessuras da laje de 120mm a 200mm conduziram a um aumento de 26% na resistência característica, e o aumento de 2 para 4 furos no conector não conduziram, como nos conectores Perfobond, a qualquer mudança significativa no comportamento do conector, pelo mesmo motivo provável que nos conectores Perfobond. A curva força versus tensão de Von Mises apresentada na Figura 3.31a correspondente a roseta da Figura 3.31b mostra o escoamento do conector a um nível de carga de 420kN, contribuindo para a ductilidade global da conexão.

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 0 100 200 300 400 500 600

von Mises (MPa)

Fo rç a po r c o n e c tor ( k N ) T-Perfobond

(a) Curva força versus tensão von Mises (b) Localização da roseta

Figura 3.31 – Histórico da tensão no conector T-Perfobond, Vianna et al. (2008b).

A Tabela 3.3 apresenta os resultados obtidos dos ensaios. Segundo o EUROCODE 4 (2005), quando o desvio padrão for menor que 10%, a resistência

característica (Prk) do conector deve ser o menor valor reduzido de 10%. O valor

da capacidade de deslizamento δu deve ser tomado como o maior valor medido

no nível de carga característico Prk, e o valor característico δuk deve ser reduzido

em 10%. O desvio padrão de todos os ensaios repetidos com os conectores Perfobond foi calculado e variou entre 1 e 3%, enquanto que para os T-Perfobond a variação foi de 1 a 5%.

(26)

Tabela 3.3 – Resultados dos ensaios da primeira série.

Protótipo Idade fck qu,test Prk δu δuk

dias MPa kN kN mm mm P_2F_120_A 38 26,00 329,55 296,60 7,77 6,99 P_2F_120_B 42 26,09 324,10 291,69 11,22 10,10 P_2F_200_A 43 26,09 450,20 405,18 16,48 14,83 P_2F_200_B 49 27,30 444,03 399,62 22,00 19,80 P_4F_200_A 55 26,40 431,85 388,67 22,88 20,59 P_4F_200_B 52 27,30 435,70 392,13 21,29 19,16 TP_2F_120_A 52 27,34 527,48 474,73 2,80 2,52 TP_2F_120_B 57 26,40 520,60 468,54 3,10 2,79 TP_2F_200_A 58 26,17 706,28 635,65 6,50 5,85 TP_2F_200_B 58 26,17 659,33 593,39 4,44 4,00 TP_4F_200_A 64 26,97 705,98 635,38 4,62 4,16 TP_4F_200_B 62 27,25 676,30 608,67 4,00 3,60

Para que se pudesse avaliar a contribuição efetiva do conector T-Perfobond, uma comparação entre este conector e o conector Perfobond foi realizada. 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 0 2 4 6 8 10 12 Deslizamento (mm) Fo rç a po r c o ne c tor ( k N ) TP-2F-120-B P-2F-120-B

(a) Curva força versus deslizamento (b) T-Perfobond e Perfobond (2F-120) Figura 3.32 – Comparação do Perfobond com T-Perfobond com dois furos e laje de

120mm.

A Figura 3.32 e a Figura 3.33 apresentam a comparação em termos de força versus deslizamento entre os conectores Perfobond e T-Perfobond com dois furos para laje de 120mm e 200mm, respectivamente. O T-Perfobond apresentou uma resistência aproximadamente 60% maior do que o Perfobond em se tratando da laje de 120mm. Este aumento de resistência foi em torno de

(27)

50% para os protótipos com laje de 200mm de espessura. Na Figura 3.34 uma comparação similar foi realizada com a laje de 200mm para os conectores com quatro furos. O ganho da resistência foi da mesma magnitude do caso anterior, ou seja em torno de 56%. Nas comparações desta etapa entre o Perfobond e T-Perfobond, a carga nos conectores T-Perfobond foi maior mas em termos de ductilidade não atenderam ao EUROCODE 4 (2005).

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 0 2 4 6 8 10 12 Deslizamento (mm) Fo rç a por c o n e c tor ( k N ) TP-2F-200-B P-2F-200-B

(a) Curva força versus deslizamento (b) T-Perfobond e Perfobond (2F-200) Figura 3.33 – Comparação do Perfobond com T-Perfobond com dois furos e laje de 200mm. 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 0 2 4 6 8 10 12 Deslizamento (mm) Fo rç a po r c o n e c tor ( k N ) TP-4F-200-B P-4F-200-A

(a) Curva força versus deslizamento (b) T-Perfobond e Perfobond (4F-200) Figura 3.34 – Comparação do Perfobond com T-Perfobond com quatro furos e laje de 200mm.

(28)

3.3.3.1.3. Mecanismos de colapso

O desmonte dos protótipos foi realizado com auxílio de um martelete elétrico e dois macacos hidráulicos, nos ensaios que não utilizaram armaduras nos furos, para permitir a observação do estado dos conectores e seu entorno.

(a) Utilização do martelete elétrico (b) Utilização do macaco hidráulico Figura 3.35– Demolição dos protótipos.

Em todos os ensaios da primeira série a ruína dos protótipos iniciou-se com o surgimento de uma fissura longitudinal na laje na parte frontal do conector, estendendo-se gradualmente na laje, seguida do esmagamento do concreto. A Figura 3.36a e a Figura 3.37a mostram o aspecto da laje após o ensaio dos conectores Perfobond e T-Perfobond.

O modo de ruína observado está associado ao concreto e a plastificação do próprio conector em fases avançadas de alguns ensaios, como mostram a Figura 3.36b e a Figura 3.37b, respectivamente.

(29)

(a) Fissuração da laje (b) Plastificação do conector Figura 3.36– Modos de ruína dos Perfobond, Vianna et al.(2007)

(a) Fissuração da laje (b) Plastificação do conector Figura 3.37– Modos de ruína dos T-Perfobond.

A Figura 3.38 apresenta a configuração do protótipo com conector Perfobond, P-2F-120, e do protótipo com conector T-Perfobond, TP-2F-120, após o ensaio. Neste caso a deformação do conector foi menos acentuada.

(30)

(a) P-2F-120 (b) TP-2F-120 Figura 3.38– Plastificação dos conectores, primeira série.

3.3.3.1.4. Conclusões

Os resultados do conjunto de ensaios experimentais da primeira série realizados no Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Coimbra, em Portugal foram usados para avaliar o comportamento dos Perfobond e T-Perfobond conectores, incidindo sobre a sua capacidade de resistência e deslizamento.

Os modos de ruína dos conectores também foram analisados em detalhe. O surgimento de uma fissura está relacionado a um deslizamento na interface, seguido pela formação de fissuras maiores e que se propagam com o aumento do carregamento. Por fim, ocorre o esmagamento do concreto na face frontal do conector. Esta ruptura foi associada ao escoamento do conector, no qual em alguns casos e em fases avançadas do carregamento, também foi seguido por uma falha da solda do conector.

Os conectores T-Perfobond apresentaram maior resistência e maior rigidez do que o conector Perfobond com geometria similar. A vantagem de utilizar este tipo de conector está associado ao fato de ser produzido a partir de um perfil laminado de seções I ou H, economizando material e fabricação.

Em todos os ensaios com conectores Perfobond a capacidade mínima exigida de deslizamento de 6mm de acordo com o EUROCODE 4 (2005) foi

(31)

alcançada. No entanto, o deslizamento observado nos ensaios dos T-Perfobond foi menor do que esse valor, não atendendo as exigências do EUROCODE 4 (2005) para uma distribuição plástica da força de cisalhamento nos conectores ao longo do elemento estrutural. Deve ser observado que este fato pode ser não significativo se uma distribuição elástica for assumida no seu dimensionamento estrutural.

3.3.3.2. Segunda série

3.3.3.2.1. Concreto

A partir da segunda série, pretendia-se utilizar um concreto com resistência acima de 35MPa. Encomendou-se concreto da classe C35/45, porém após os ensaios dos corpos de prova, constatou-se que o concreto pertencia a classes diferentes, identificadas a posteriori.

Na segunda série, foi moldado um total de doze corpos de prova, Tabela 3.4.

Tabela 3.4 – Resistência à compressão média do concreto da segunda série.

P-SF-120-A 1 64,16 P-SF-120-B 2 52,74 P-2F-120-A 3 06-07-2007 31 62,23 59,71 6,11 P-2F-120-B 4 63,98 P-2F-AR-120-A 5 63,52 P-2F-AR-120-B 6 61,36 P-SF-200-A 10-07-2007 35 62,95 1,40 P-SF-200-B P-2F-200-A P-2F-200-B 7 65,93 P-2F-AR-200-A 8 63,12 P-2F-AR-200-B 9 61,87 P-4F-200-A P-4F-200-B 12-07-2007 37 63,64 2,08 P-4F-AR-200-A 10 62,27 P-4F-AR-200-B 11 64,45 12 13-07-2007 38 63,52 63,41 1,09 Média 62,43

(32)

Pelo EUROCODE 2 (2005), a resistência à compressão do concreto do corpo de prova cilíndrico correspondente ao valor de 62,43MPa equivale a 51,9MPa.

3.3.3.2.2. Ensaios Push-out

Essa série de dezesseis ensaios foi realizada para verificar a influência da presença dos furos e das armaduras passantes nos conectores Perfobond para lajes de 120 e 200mm de espessura. A Figura 3.39 e a Figura 3.40 apresentam alguns dos protótipos analisados nesta série.

(a)P-SF-120 (b) P-2F-120 (c) P-2F-AR-120

Figura 3.39 – Conectores Perfobond para laje com 120mm, segunda série

(a)P-SF-200 (b) P-2F-AR-200 (c) P-4F-AR-200

(33)

A Figura 3.41 mostra em detalhe as armaduras passantes nos furos dos conectores. Vale ressaltar novamente que o diâmetro das armaduras passantes e dos estribos foi igual a 10mm.

(a) P-2F-AR-200 (c) P-4F-AR-200 Figura 3.41 – Detalhe das armaduras nos furos

Os resultados obtidos nos ensaios estão apresentados resumidamente nas figuras a seguir. 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0 3 6 9 12 15 18 Deslizamento (mm) Fo rç a po r c o ne c to r ( k N ) P-SF-120 P-2F-120 P-2F-AR-120 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 0 3 6 9 12 15 18 Deslizamento (mm) Fo rç a por c o n e c tor ( k N ) P-SF-200 P-2F-200 P-2F-AR-200

(a) Curva força versus deslizamento, laje 120mm (b) Curva força versus deslizamento, laje 200mm Figura 3.42 – Conectores Perfobond para laje com 120mm e 200mm, segunda série

Na Figura 3.42 apresentam-se as curvas força versus deslizamento dos ensaios com conectores Perfobond para lajes de 120 e 200mm. Na Figura 3.42a apresenta-se a série dos conectores Perfobond com 76,2mm de altura: sem furo,

(34)

com dois furos, e com armaduras passantes para laje de 120mm. Na Figura 3.42b apresenta-se esta mesma sequência para os conectores com 150mm de altura empregados na laje de 200mm de espessura.

Ao analisar as curvas anteriores, constatou-se que a presença dos furos contribuiu para um acréscimo em torno de 8% na resistência característica no caso dos conectores para laje de 120mm, enquanto que para laje de 200mm, houve uma perda de 4%. Ao acrescentar as armaduras nos furos, o ganho foi de 28% para laje de 120mm e 9% para laje de 200mm.

Em termos de capacidade de deslizamento, houve um ganho de 17% ao se utilizar armaduras passantes no conector Perfobond para laje 120mm em relação ao conector sem armaduras. Apesar dos conectores sem furos apresentarem uma boa capacidade de deslizamento, seus valores aqui não são de suma importância, visto que nesses ensaios, a separação horizontal dos conectores ocorreu de forma bastante significativa, pois não havia furos nem armaduras que contribuíssem para impedimento desta separação, Figura 3.43.

Verificou-se que nas lajes de 120mm, com conectores menores, o ganho da carga característica em função da presença dos furos e das armaduras, foi mais significativo do que os conectores maiores, de 150mm para laje de 200mm.

0 50 100 150 200 250 300 350 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 Deslizamento horizontal (mm) F o rça p o r co n e ct o r ( k N ) P-SF-120-A_LADO 2 P-SF-120-A_LADO 1

(a) Separação horizontal (b) Após ensaio

Figura 3.43 – Separação horizontal do conector Perfobond sem furos, P-SF-120-A.

Na Figura 3.44a apresentam-se as curvas força versus deslizamento dos ensaios com conectores Perfobond para lajes de 200mm para análise dos quatro

1 2

2

(35)

furos. Na Figura 3.44b apresenta-se as curvas dos conectores Perfobond com armaduras passantes nos furos, para laje de 120 e 200mm.

Nota-se que neste caso também houve perda de capacidade de carga na utilização de quatro furos na chapa do conector Perfobond na ordem de 13%, Figura 3.44a. Já o acréscimo de armaduras passantes nos furos representou um ganho de 22%. Na Figura 3.44b percebe-se que o ganho gerado entre os conectores com armaduras para laje de 200mm, com dois furos para quatro furos, foi relativamente pequeno, em torno de 2%. Enquanto que entre o conector para laje de 120mm e 200mm com dois furos, o ganho representa 24%.

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 0 3 6 9 12 15 18 Deslizamento (mm) Fo rç a po r c o ne c to r ( k N ) P-SF-200 P-4F-200 P-4F-AR-200 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 0 3 6 9 12 15 18 Deslizamento (mm) Fo rç a por c o n e c tor ( k N ) P-2F-AR-120 P-2F-AR-200 P-4F-AR-200

(a) Curva força versus deslizamento, laje 200mm (b) Conectores com armaduras nos furos Figura 3.44 – Conectores Perfobond para laje com 200mm e presença das armaduras.

Os conectores com 150mm de altura, empregados na laje de 200mm, apresentaram sempre uma boa ductilidade, atendendo a exigência mínima de 6mm do EUROCODE 4 (2005).

A Tabela 3.5 apresenta os resultados obtidos dos ensaios.

A seguir relata-se os resultados obtidos dos extensômetros dos ensaios dos protótipos P-2F-AR-120-A, P-2F-AR-200-A e P-4F-AR-120-A.

Os resultados obtidos dos extensômetros instalados no protótipo P-2F-AR-120-A são apresentados nos gráficos da Figura 3.45.

(36)

Tabela 3.5 – Resultados dos ensaios da segunda série.

Protótipo Idade qu,test Prk δu δuk

_dias _kN _kN _mm _mm P-SF-120-A* 30 319,28 287,35 11,00 9,90 P-SF-120-B 31 319,25 287,33 10,40 9,36 P-2F-120-A* 31 344,85 310,37 6,57 5,91 P-2F-120-B 34 394,20 354,78 7,80 7,02 P-2F-AR-120-A* 35 443,03 398,73 7,67 6,90 P-2F-AR-120-B 34 465,68 419,11 7,85 7,07 P-SF-200-A* 35 526,78 474,10 31,67 28,50 P-SF-200-B 36 495,00 445,50 26,61 23,95 P-2F-200-A* 36 503,43 453,09 35,00 31,50 P-2F-200-B 36 501,48 451,33 35,00 31,50 P-2F-AR-200-A* 37 549,70 494,73 35,00 31,50 P-2F-AR-200-B 37 554,25 498,83 35,00 31,50 P-4F-200-A* 37 458,93 413,04 35,00 31,50 P-4F-200-B 37 460,98 414,88 35,00 31,50 P-4F-AR-200-A 38 562,23 506,01 35,00 31,50 P-4F-AR-200-B* 38 559,93 503,94 35,00 31,50 * Protótipos considerados representativos para análise de resultados

No gráfico da Figura 3.45a apresentam-se as deformações dos extensômetros instalados na parte inferior do conector posicionados na região central e externa em relação ao furo. Apresenta-se também a deformação obtida na barra que passava pelo furo do conector, Figura 3.46. Neste mesmo gráfico é apresentado o limite de deformação para o conector, que foi de 1732με para o aço S355 utilizado nos conectores, e de 2429με para a barra composta pelo aço S500.

O gráfico da Figura 3.45b apresenta a capacidade de deformação do conector próxima a região da solda nas duas direções principais obtida pela roseta, bem como seu limite de deformação.

No gráfico da Figura 3.45a, observa-se que os extensômetros deixaram de funcionar antes mesmo de atingirem seus limites de deformação. Porém, nota-se que ao comparar o extensômetro central com o externo, a região externa sofreu uma maior deformação.

No gráfico da Figura 3.45b, as deformações obtidas nas direções 1 e 2 foram praticamente simétricas. Esta região do conector junto à solda escoou antes de atingir a carga máxima do ensaio, que foi de 443kN.

(37)

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 -2000 -1000 0 1000 2000 3000 Deform ação (με) F o rça p o r co n ect o r ( k N ) Central Externo Armadura Limite S355 Limite S500 central externo roseta 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 -3000 -2000 -1000 0 1000 2000 3000 Deform ação (με) F o rça p o r co n ect o r ( k N ) e1 e2 Limite S355

(a) Deformações em uma direção (b) Deformações principais da roseta Figura 3.45 – Deformações no ensaio do conector P-2F-AR-120-A.

(a) Extensômetros (b) Extensômetro na barra

Figura 3.46 – Extensômetros no conector e na barra no protótipo P-2F-AR-120-A.

A Figura 3.47 apresenta os extensômetros instalados no conector Perfobond no protótipo P-2F-AR-200-A com sua respectiva identificação.

(38)

(a) Extensômetros no conector (b) Extensômetros no protótipo

Figura 3.47 – Extensômetros no conector e na barra no protótipo P-2F-AR-200-A.

Os resultados obtidos dos extensômetros instalados no protótipo P-2F-AR-200-A são apresentados nos gráficos da Figura 3.48.

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 -2000 -1000 0 1000 2000 3000 Deform ação (με) F o rça p o r co n ect o r ( k N ) Roseta_v Central Externo Armadura Limite S355 Limite S500 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 -3000 -2000 -1000 0 1000 2000 3000 Deform ação (με) F o rça p o r co n ect o r ( k N ) e1 e2 Limite S355

(a) Deformações em uma direção (b) Deformações principais da roseta Figura 3.48 – Deformações no ensaio do conector P-2F-AR-200-A.

Observa-se no gráfico da Figura 3.48a que o extensômetro central, localizado abaixo do furo do conector, descolou antes de atingir a capacidade máxima de deformação e a carga máxima do ensaio (549kN). Já o extensômetro externo, trabalhou até que a carga máxima do ensaio fosse alcançada, e atingiu

roseta

central

externo

(39)

a sua capacidade de deformação máxima. O extensômetro da armadura atingiu sua capacidade de deformação máxima antes de atingir a carga máxima do ensaio.

No gráfico da Figura 3.48b, as deformações obtidas nas direções 1 e 2 apresentaram um comportamento quase que simétrico, porém a direção 1, apresentou maior deformação. Nesse gráfico fica claro que ao atingir a capacidade máxima de deformação antes de atingir a carga máxima, o material do conector entra em escoamento, contribuindo assim para a ductilidade global da conexão.

A Figura 3.49 apresenta os extensômetros instalados no conector Perfobond no protótipo P-4F-AR-200-A com sua respectiva identificação. Neste protótipo foram utilizados seis extensômetros unidirecionais, sendo quatro no conector, e dois em cada uma das armaduras passantes nos furos inferiores, Figura 3.49b. Uma roseta foi instalada no conector próxima a região da solda, porém uma das direções da roseta apresentou problema no início do ensaio devido a problemas na aquisição de dados.

(a) Extensômetros no conector (b) Extensômetros nas armaduras Figura 3.49 – Extensômetros no conector e na barra no protótipo P-4F-AR-200-A.

Os resultados obtidos dos extensômetros unidirecionais instalados no conector e nas armaduras no protótipo P-4F-AR-200-A são apresentados nos gráficos da Figura 3.50. Ext.1 Ext.2 Ext.3 Ext.4 roseta

Armad.- 5

Armad.- 6

(40)

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 -2000 -1500 -1000 -500 0 500 Deform ação (με) F o rça p o r co n ect o r ( k N ) Ext. 1 Ext. 2 Ext. 3 Ext. 4 Limite S355 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 0 1000 2000 3000 Deform ação (με) F o rça p o r co n ect o r ( k N ) Armadura - 5 Armadura - 6 Limite S500

(a) Deformação do conector (b) Deformação das armaduras Figura 3.50 – Deformações no ensaio do conector P-4F-AR-200-A.

Da Figura 3.50a percebe-se que a deformação do conector ocorreu de uma forma direcional, da parte externa para a parte interna. O primeiro extensômetro apresentou maior deformação, seguido do segundo, terceiro e quarto extensômetro sucessivamente. A região interna, próxima à solda, sofreu maior deformação durante o ensaio, sendo esta a mais solicitada. Isto se confirmou pelas deformações apresentadas nas armaduras posicionadas nos furos inferiores. A armadura posicionada no furo interno (Armadura 5) apresentou maior deformação, Figura 3.50b, entrando em escoamento antes de atingir a carga máxima do ensaio, 562kN.

A Figura 3.51a apresenta os resultados obtidos dos extensômetros unidirecionais instalados no conector e inclusive de um dos extensômetros da roseta no protótipo P-4F-AR-200-A. A Figura 3.51b apresenta em detalhes os extensômetros unidirecionais e o extensômetro na direção 1 da roseta, paralelo aos outros extensômetros, que forneceu a deformação mais próxima a região da solda. Neste gráfico, nota-se que essa região se deformou sob tração, ao contrário do restante do conector. Isto se deve ao fato de ser a região de ancoragem do sistema.

A configuração da deformação do sistema é apresentada na Figura 3.52. Na Figura 3.52a apresenta-se o gráfico das deformações obtidas em cada extensômetro na direção da parte interna a externa do conector, começando com a deformação da roseta (1*), quando a carga no conector atingiu 350kN.

(41)

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 -2000 -1500 -1000 -500 0 500 1000 Deform ação (με) F o rç a p o r co n ect o r ( k N ) Ext. 1 Ext. 2 Ext. 3 Ext. 4 Limite S355 Roseta 1

(a) Deformação do conector (b) Extensômetros Figura 3.51 – Deformações no conector P-4F-AR-200-A.

F = 350kN -600 -400 -200 0 200 400 600 800 1* 1 2 3 4 Extensôm etros D e fo rm ação (με )

(a) Linha de deformação (b) Deformação do conector Figura 3.52 – Deformações no conector P-4F-AR-200-A, para carga de 350kN.

3.3.3.2.3. Mecanismos de colapso

Como nos ensaios da primeira série, na segunda série a ruína dos protótipos iniciou-se com o surgimento de uma fissura longitudinal na laje na

(1*)

1* 1 2 3 4

(42)

parte frontal do conector, estendendo-se gradualmente na laje, seguida do esmagamento do concreto. As figuras a seguir apresentam as configurações de alguns protótipos desta série após o ensaio. Em alguns casos, nota-se a plastificação do conector.

(a) Fissuração da laje (b) Plastificação do conector Figura 3.53– Protótipo P-SF-120-A após ensaio, segunda série.

(a) Fissuração da laje (b) Plastificação do conector Figura 3.54– Protótipo P-2F-120-A após ensaio, segunda série.

Nos protótipos que possuíram furos, é possível observar que o concreto esmagado dentro dos furos permanece compactado nestes, mesmo durante e após o desmonte do protótipo.

Nos ensaios com armaduras nos furos, verificou-se a plastificação das mesmas. A Figura 3.55b mostra a plastificação ocorrida nas armaduras passantes nos furos do protótipo P-2F-AR-120-A.

(43)

Ao se separar as lajes de concreto, nota-se claramente o cisalhamento do concreto ao longo dos dois planos de corte coincidentes com as faces laterais dos conectores Figura 3.56a.

(a) P-2F-AR-120-A após ensaio (b) Plastificação das armaduras

Figura 3.55– Modos de ruína dos conectores Perfobond, P-2F-AR-120-A, segunda série.

(a) Cisalhamento do concreto (b) Plastificação do conector Figura 3.56– Protótipo P-2F-AR-120-A após ensaio, segunda série.

(a) Fissuração da laje (b) Plastificação do conector Figura 3.57– Protótipo P-SF-200-A após ensaio, segunda série.

(44)

3.3.3.2.4. Conclusões

Na segunda série de ensaios, percebeu-se que os conectores para lajes de 120mm apresentaram maior ganho tanto na capacidade de carga, quanto na capacidade de deslizamento, quando se variou a presença de furos e armaduras, do que os conectores para laje de 200mm.

Nas lajes de 200mm, ao variar a presença de furos e armaduras, não apresentaram mudanças significativas. O aumento do número de furos está relacionado com a interferência das áreas de tensão que cada cilindro de concreto gera, criando regiões de alta tensão e assim não aumentando a resistência de forma significativa. Conforme descrito anteriormente, não foi possível atender a distância mínima proposta por Oguejiofor & Hosain (1994) na direção vertical, devido a espessura da laje e o limite de cobrimento.

(45)

Quanto as deformações, percebeu-se que houve plastificação dos conectores, confirmando assim a ductilidade global da conexão.

3.3.3.3. Terceira série

3.3.3.3.1. Concreto

Na terceira série, foram moldados nove corpos de prova. Os resultados estão apresentados na Tabela 3.6.

Tabela 3.6 – Resistência à compressão média do concreto da terceira série.

1 49,18 2 56,76 3 57,33 4 55,36 5 56,23 6 56,78 7 52,19 8 50,30 9 03-08-2007 38 51,08 53,91 3,20

A resistência à compressão do concreto do corpo de prova cilíndrico correspondente ao valor de 53,91MPa equivale a 43,9MPa, EUROCODE 2 (2005).

3.3.3.3.2. Ensaios Push-out

A terceira série composta de quatorze ensaios foi realizada para verificar a influência dos furos e das armaduras passantes nos conectores T-Perfobond para lajes de 120 e 200mm de espessura. A Figura 3.60 apresenta os conectores T-Perfobond sem furos, o T-conector com dois furos e o protótipo TP-2F-120-IN.

(46)

(a) TP-SF-120 (b) T-2F-120 (c)TP-2F-120-IN Figura 3.60 – Conectores para laje de 120mm, terceira série

Na Figura 3.61 e Figura 3.62 são apresentadas alguns dos protótipos analisados nesta série com as armaduras dos estribos, prontos para serem fechadas as formas e posteriormente concretados.

(a)TP-SF-120 (b) TP-2F-120 (c) TP-2F-AR-120

(47)

(a)TP-2F-200 (b) TP-4F-200 (c) T-2F-120 Figura 3.62 – Conectores Perfobond para laje com 120mm, segunda série

A Figura 3.63 e Figura 3.64 apresentam as curvas força versus deslizamento desta série com resistência à compressão do concreto de 43,9MPa (classe nominal C35/45 de acordo com EUROCODE 2, 2005).

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 0 1 2 3 4 5 6 Deslizamento (mm) Fo rç a por c o n e c tor ( k N ) TP-SF-120 TP-2F-120 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Deslizamento (mm) Fo rç a po r c o ne c to r ( k N ) TP-2F-120 TP-2F-120-IN T-2F-120

(a) Influência dos furos (b) Influência da posição do conector Figura 3.63 – Conectores T-Perfobond para laje com 120mm, terceira série

(48)

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 0 1 2 3 4 5 6 Deslizamento (mm) Fo rç a po r c o ne c to r ( k N ) TP-2F-120 TP-2F-AR-120 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 0 1 2 3 4 5 6 Deslizamento (mm) Fo rç a po r c o n e c tor ( k N ) TP-2F-200 TP-4F-200

(a) Influência das armaduras, laje 120mm (b) Influência dos furos, laje 200mm Figura 3.64 – Conectores T-Perfobond para laje com 120mm e 200mm, terceira série

A partir das curvas apresentadas na Figura 3.63a, comparando os ensaios de 120mm, do conector T-Perfobond sem furo e com dois furos, conclui-se que a presença dos furos proporciona um ganho de aproximadamente 4% na

resistência característica, Prk, e um aumento na capacidade de deslizamento de

1,5mm, mostrando claramente que, neste caso, a resistência do bloco é mais significativa do que a resistência relacionada com os cilindros de concreto formados nos furos dos conectores. No entanto, estes cilindros/furos, além de contribuirem para uma maior ductilidade, fornecem ao conector a resistência ao uplift (separação vertical do conector com a viga metálica).

No conjunto de curvas da Figura 3.63b apresentou-se a diferença do comportamento das ligações quando se muda a posição do conector em 180 graus: no ensaio TP-2F-120 (curva representada por uma linha mais espessa), a mesa do conector está na parte inferior e, portanto, atua quase inteiramente no esmagamento do concreto, sem uma contribuição dos cilindros/furos do concreto. Por outro lado, no ensaio TP-2F-120-IN, o esmagamento do concreto é devido principalmente a alma do conector, onde os furos são certamente mobilizados. Esta mudança resultou num aumento de 10% da resistência

característica (Prk) e um aumento de 24% na capacidade de deslizamento (δu). O

ensaio do protótipo T-2F-120, no qual a alma do conector foi soldada à mesa do perfil metálico, apresentou a menor carga de colapso, apesar de ter alcançado uma maior capacidade de deslizamento quando comparado aos outros protótipos. A capacidade de carga deste conector em particular, associa-se à

(49)

resistência ao cisalhamento da alma do conector e a resistência a compressão do concreto na frente do conector.

A Figura 3.64a apresentou a influência das armaduras passantes nos furos do conector T-Perfobond nas lajes de 120mm. Estas armaduras conduziram a um pequeno aumento em torno de 5% na resistência característica. Esperava-se que essas armaduras pudessem melhorar a ductilidade da ligação. No entanto, isso não ocorreu, muito provavelmente devido a posição do conector, onde a mesa absorveu mais a força no esmagamento, não mobilizando os furos e nem as armaduras passantes. No entanto, estas armaduras foram amplamente solicitadas durante o ensaio, ao se verificar sua plastificação após os ensaios.

A Figura 3.64b apresentou as curvas força versus deslizamento dos protótipos com T-Perfobond com dois e quatro furos utilizados na laje de 200mm de espessura. O aumento do número de furos não contribuiu para uma mudança significativa no comportamento da ligação. Isto se deve ao mesmo fato já mencionado anteriormente, relacionado com a interferência das áreas de tensão que cada cilindro de concreto gera, criando regiões de alta tensão e assim não aumentando a resistência de forma tão significativa. Novamente, a distância mínima entre furos de 2.25D propostos por Oguejiofor & Hosain (1994) foi respeitada na direção horizontal. Alternativamente, a distância vertical entre as duas filas de furos foi inferior a este valor, pois também estava limitada pela altura máxima do conector como função da espessura da laje e do cobrimento mínimo de concreto.

A Figura 3.65a apresenta o histórico da tensão obtido pela roseta instalada na alma do conector T-Perfobond no protótipo TP-2F-AR-120-A. A Figura 3.65b apresenta a localização dos extensômetros: a roseta e o extensômetro da armadura no furo inferior.

(50)

0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 100 200 300 400 500

von Mises (MPa)

F o rça p o r co n ect o r ( k N ) TP-2F-120-AR tensão (C35/45)

(a) Curva força versus tensão von Mises (b) Localização do extensômetro Figura 3.65 – Histórico da tensão no conector T-Perfobond, terceira série.

0 50 100 150 200 250 300 350 400 -2000 -1000 0 1000 2000 Deform ação (με) F o rça p o r co n ect o r ( k N ) e1 e2 Limite S275 0 100 200 300 400 500 600 700 -2000 -1000 0 1000 2000 3000 Deform ação (με) Fo rç a po r c o ne c to r ( k N ) Limite S500 Armadura

(a) Deformação do conector (b) Deformação das armaduras Figura 3.66 – Deformações no ensaio do conector TP-2F-AR-120-A

Conforme se observou na Figura 3.65a e Figura 3.66, os valores obtidos pelos extensômetros a partir de 200kN não foram confiáveis, inibindo quaisquer tipo de análise ou conclusão. No entanto, vale ressaltar que após o desmonte do ensaio, verificou-se que a propagação do escoamento não foi suficiente para limitar a capacidade do conector.

A Tabela 3.7 apresenta os resultados obtidos dos ensaios da terceira série.

ext. armad.

roseta

(51)

Tabela 3.7 – Resultados dos ensaios da terceira série.

Protótipo Idade qu,test Prk δu δuk

dias kN kN mm mm TP_SF_120_A 33 621,95 559,76 1,70 1,53 TP_SF_120_B 33 660,55 594,50 2,25 2,03 TP_2F_120_A* 33 563,20 506,88 2,18 1,96 TP_2F_120_B 34 647,90 583,11 3,40 3,06 TP_2F_AR_120_A 34 683,38 615,04 2,76 2,48 TP_2F_AR_120_B * 34 TP_2F_120_IN_A * 34 TP_2F_120_IN_B 34 714,68 643,21 4,20 3,78 TP_2F_200_A 34 780,35 702,32 5,18 4,66 TP_2F_200_B 34 804,05 723,65 2,81 2,53 TP_4F_200_A 35 750,28 675,25 5,38 4,84 TP_4F_200_B 35 790,25 711,23 5,42 4,88 T_2F_120_A* 33 T_2F_120_B 33 596,43 536,78 11,63 10,47

* Os resultados desses ensaios foram descartados devido a problemas com a prensa ou com a geometria do ensaio.

3.3.3.3.3. Mecanismos de colapso

As figuras a seguir apresentam os modos de colapso dos protótipos T-Perfobond da terceira série de ensaio.

Na Figura 3.67 apresenta-se os conectores T-perfobond com dois furos para lajes de 120mm plastificados após o ensaio.

(a) Plastificação do conector (b) Detalhe da plastificação do conector Figura 3.67– Protótipo TP-2F-120-B após ensaio, terceira série.

(52)

Na Figura 3.68 apresenta-se a sequência do desmonte do protótipo TP-2F-120-B-IN, na qual o conector T-Perfobond possuía a alma do conector a frente ao esmagamento do concreto. Observou-se que ao separar a laje, o concreto confinado na região em torno ao conector, permaneceu ligado a este, em forma de cone. Após a retirada deste concreto, percebeu-se também a permanência do concreto nos furos. Neste ensaio também foi observada a plastificação do conector.

Figura 3.68– Protótipo TP-2F-120-B-IN após ensaio, terceira série.

(53)

Na Figura 3.69 apresenta-se o desmonte do protótipo T-2F-120-A, que possuía o conector tipo T, sem armaduras nos furos. Neste ensaio foi mais perceptível o plano de cisalhamento entre a laje de concreto e o conector de aço. Notou-se também a permanência do concreto confinado junto ao conector após a separação das lajes, e a plastificação do conector.

Figura 3.69– Protótipo T-2F-120-A após ensaio, terceira série.

Na Figura 3.70 apresenta-se a configuração das fissuras da laje do protótipo TP-2F-200-A, a extração das lajes com auxílio de macacos hidráulicos, o concreto confinado no conector e nos furos, e a plastificação do conector.

(54)

Figura 3.70– Protótipo TP-2F-200-A após ensaio, terceira série.

Figura 3.71– Protótipo TP-4F-200-B após ensaio, terceira série.

(55)

Na Figura 3.71 observou-se após a retirada das lajes a propagação das fissuras internas e desacoplamento do concreto que permaneceu no conector. Observou-se também a plastificação do conector.

3.3.3.3.4. Conclusões

Os resultados da terceira série de ensaios, foram utilizados para avaliar o comportamento dos conectores T-Perfobond, incidindo sobre a sua capacidade de resistência e deslizamento.

Estes conectores têm demonstrado que suportam altas cargas de cisalhamento, resultando em um menor número de conectores na viga. Além disso, eles têm a vantagem adicional de serem produzidos com laminados seções I ou H, e podem ser facilmente soldados com equipamento disponível. Estes fatores contribuem para uma economia substancial de material e mão-de-obra, conduzindo a um modelo mais econômico de vigas mistas.

O aparecimento de uma falha está relacionado ao deslizamento na interface conector-concreto, seguido pela formação de fissuras no concreto que se abrem e se propagam com aumento da carga, seguido pelo esmagamento do concreto na face frontal do conector. Esta falha do concreto ocorre em fases avançadas de carregamento acompanhada do escoamento do conector.

O deslizamento observado nos ensaios foi menor do que o mínimo de 6mm exigido pelo EUROCODE 4 (2005).

3.3.3.4. Quarta série

3.3.3.4.1. Concreto

Na quarta série, foram moldados também nove corpos de prova. Os resultados estão apresentados na Tabela 3.8

A resistência à compressão do concreto do corpo de prova cilíndrico correspondente ao valor de 41,78MPa equivale a 33MPa, EUROCODE 2 (2005).

(56)

Tabela 3.8 – Resistência à compressão média do concreto da quarta série.

TP-2F-AR-120-A-IN-10 1 37,12 TP-2F-AR-120-B-IN-12 2 38,67 3 03-10-2007 19 40,04 38,61 1,46 T-2F-AR-120-A-10 4 44,64 T-2F-AR-120-B-12 5 47,35 6 42,67 7 43,26 8 46,62 9 15-10-2007 31 45,17 44,95 1,83 Média 41,78

3.3.3.4.2. Ensaios Push-out

Em função dos resultados obtidos da terceira série de ensaio, com os conectores Perfobond, no qual verificou-se que o conector T e o conector T-perfobond invertido, Figura 3.72, apresentaram um melhor comportamento quanto a ductilidade, programou-se mais quatro ensaios a fim de se investigar com mais detalhes essas ligações.

(a) T-2F-120 (b) TP-2F-120

Figura 3.72 – Conectores T e T-Perfobond, quarta série.

(57)

A quarta série composta de quatro ensaios foi realizada para verificar a influência das armaduras passantes e das armaduras dos estribos. Os ensaios dos protótipos TP-2F-AR-120-A-IN-10 e T-2F-AR-120-A-10 utilizaram armaduras de 10mm de diâmetro nos furos e nos estribos, Figura 3.73. Os ensaios dos protótipos TP-2F-AR-120-B-IN-12 e T-2F-AR-120-B-12 utilizaram armaduras de 12,5mm de diâmetro nos furos e nos estribos, Figura 3.74. Os protótipos foram fabricados com lajes de 120mm de espessura e a resistência à compressão do concreto foi de 33MPa (classe nominal C30/37 de acordo com EUROCODE 2, 2005).

(a) TP-2F-AR-120-A-IN-10 (b) T-2F-AR-120-A-10 Figura 3.73 – Protótipos com armaduras de 10mm, quarta série.

(a) TP-2F-AR-120-B-IN-12 (b) T-2F-AR-120-B-12 Figura 3.74 – Protótipos com armaduras de 12,5mm, quarta série.